지난 시간에는 이온 주입 방법이 실리콘 격자 구조에 손상을 주므로 후속 열처리(Annealing)를 하는 것까지 알아보겠습니다. 이번 시간에는 후속 열처리 후에도 남아있을 수 있는 단점에 대하여 알아보며 시작하겠습니다. 이온 주입 공정은 고에너지 이온이 실리콘 격자와의 충돌에 의한 손상이 열처리(Anneal) 후에도 Dislocation 등 결함으로 남아 있을 수 있고 이 경우 p-n 접합 누설 전류가 증가합니다. 따라서 이온 주입 공정 후 적절한 열처리 공정은 매우 중요합니다. 보통 저온(500~600도)에서 이온 주입에 의해 비정질화된 실리콘이 재결정화되면서 결함이 제거되지만 활성화를 위해서는 고온(750~900도)에서 긴 시간(>30분) 동안 열처리를 하게 됩니다. 그러나 이 경우 소스/드레인 접합..

지난 게시물과 이어집니다. 이온 주입 시 채널링 방지를 위해 각도를 줘서 7도 정도 틸트를 하는 경우 이온 주입될 영역 주변의 구조물로 인해 입사되지 않는 영역이 발생합니다. 이온이 수직으로 입사되는 경우와는 다르게 말입니다. 이 현상을 그림자 효과(Shadow effect)라고 하는데, 폴리실리콘의 구조물에 각도를 가지고 이온이 입사되기 때문에 경계면 근방에 이온이 주입되지 않습니다. 이러한 현상을 개선하기 위해 웨이퍼를 0도, 90도, 180도, 270도로 회전하면서 이온 주입을 하게 되는데, 그 양을 1/4씩 하게 되면 원하는 양의 이온 주입이 그림자 효과가 개선된 상태로 진행됩니다. 확산 방식과 이온 주입 방식의 특성을 비교해 보겠습니다. Diffusion - 높은 온도의 공정 - SiO2와 같은..

이온 주입기의 질량분석기 (Mass analzer)부터 이어서 보도록 하겠습니다, 이온 소스에서 전압 V로 추출된 운동에너지 -1/2mv^2 = qV를 갖는 이온이 Analyzer Magnet의 자기장 B를 통과하면 mv^2/R = qvB의 원운동을 하게 됩니다. 이 두 식을 정리하면 m/q = B^2*R^2/(2V), 즉 원하는 이온(m/q)을 고정된 반지름 R을 가진 장치에서 자기장 B를 조절해서 분리해 낼 수 있습니다. 이렇게 추출된 원하는 이온을 빔라인부에서 원하는 에너지로 가속시키고 집속(Focusing)시킵니다. 이렇게 집속 된 빔을 웨이퍼 표면에 주사(Scanning)하여 이온 주입(Ion Implanation)을 진행합니다. 주입된 이온의 양은 Faraday Cup이라는 장치를 이용해 측정..

지난 시간의 내용과 이어집니다. SPR에 의한 방법은 SIMS 측정법과는 다르게 전기적인 저항을 측정하여 도펀트의 농도 프로파일을 얻어냅니다. 도핑된 실리콘을 표면과 매우 작은 각도(~1도 수준)로 갈아주게 되면 깊이 방향으로 경사진 면이 나타나게 됩니다. 이 경사진 면을 일정한 거리만큼 이동하면서 2개의 탐침으로 저항을 측정하게 됩니다. 측정된 깊이에 따른 전기 저항은 저항-비저항-도펀트 농도 실험치에 의한 상관관계를 통해 깊이에 따른 도펀트 농도로 환산됩니다. 표면으로부터 작은 각도로 연마하는 이유는 깊이 방향으로 정밀하게 측정을 하기 위함이지만 최근의 나노 수준의 도핑 깊이를 커버하기에는 무리가 있습니다. 하지만 SIMS와는 다르게 전기저항 측정을 통해 결과를 얻어내기 때문에 활성화된 도펀트만 프로..

지난 시간에 이어서 Doping 공정의 확산 공정 방식에 대하여 더 알아보겠습니다. 확산 공정은 실리콘 단결정의 손상 없이 P형, N형 반도체를 형성할 수 있다는 장점이 있지만, 정확한 불순물 양을 조절하기 힘들고 Junction 깊이를 정확히 조절하기 힘들다는 문제점이 있습니다. 특히 불순물 농도가 소스/드레인과 같이 ~10^15/cm^2 정도로 고농도일 때는 농도 조절에 크게 문제가 없지만, 10^11~10^12/cm^2 정도로 낮은 농도를 정확하게 조절해야 하는 문턱 전압 조절용 도핑은 불가능합니다. 가장 문제가 되는 것은 Drive-in 공정 진행 시 등방성으로 불순물의 확산이 진행되는데, 수평적으로 확산이 진행되면 최근에 미세화된 소자를 구현하기가 어려워집니다. 과거에는 소자의 크기가 컸기 때문..

지난 시간의 개요에 이어서, 오늘은 Doping 공정에 대하여 자세히 알아보겠습니다. 확산 원리 확산 공정은 불순물을 포함한 가스(B2H6, PH3, AsH3 등)나 액체(POCl3), 고체(BN) 등을 확산원(Diffusion source)으로 하여 후속 열처리 과정을 통해 실리콘 내부로 확산(Diffusion)시키는 공정을 사용합니다. 확산의 기본 개념은 농도 차이에 의하여 물질이 농도가 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 현상인데, 가장 중요한 파라미터는 농도의 차이가 얼마나 나는지와 온도, 그리고 시간으로 볼 수 있습니다. 두 물질이 접합을 이루고 있는 상태에서 농도 차이에 의한 확산이 일어나게 됩니다. 접합면에서부터 양 방향으로 확산이 일어나게 되고 시간이 흐르면서 확산이 계속 진행되어 이동하는 ..